建筑防热---建筑通风.ppt

1、本节教学内容,一、自然通风的原理（重点） 热压、风压、热压风压混合通风 二、自然通风的组织（重点） 1、建筑朝向、间距及建筑群的布局 2、建筑的平面布置与剖面设计 3、房间的开口和通风构造措施 进风口和出风口的面积比 窗口高度 开口的平面位置 利用建筑手法组织通风 开窗位置与室内通风 植物与风,房间通风的重要性,保持室内空气的洁净度 增加人体的蒸发散热量（或对流散热量） 低温气流对室内起冷却作用,通风和换气,通风本身无法降低温度 通风的目的在于利用气流直接吹到人体上，以便在湿热的气候下，通过蒸发作用，加大人体的散热量； 换气的目的在于确保室内空气的卫生状况 将新鲜空气导人室内，将不良的空气排到

2、家外，控制室内CO2和其他有害气体的含量。 一般情况下，通风含有换气的意思，室外空气质量正常的话，通风良好的室内，其空气必定满足人体的健康要求。但是通风必须是在有感风速的情况下进行，而换气则无此要求。 通风是湿热气候地区夏季为达到舒适室内环境所经常采用的主要手法。 然而在冬天寒冷的气候下，室内的换气则应该尽量避免寒风对人体的侵袭，否则寒风会造成人体的不适。,通风的方式,通风的方式有： 自然通风 机械通风 两者有什么不同？,自然通风 利用自然的手段（热压、风压等）来促使空气流动而进行的通风换气方式 特点 不消耗动力或消耗很少的动力，节能 可以用充足的新鲜空气保证室内的空气品质 受建筑设计和气候条

3、件限制，难以控制 机械通风 利用机械手段（风机、风扇等）产生压力差来实现空气流动的方式 特点 可控制性强。可通过调整风口、风量等控制室内气流分布 需要消耗 能源 初投资和运行费都比较高,一：自然通风的原理,基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差P，就会有空气流过开口。流过的风速为： 驱动力压差 热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差 风压：室外空气绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差 自然通风的分类 热压通风 风压通风 风压和热压的联合作用下的自然通风,1、热压通风的基本概念,余压,1、热压通风,(2)风压作用下的自然通风,风压作用下的自然通风,P,往往采用CFD或风洞模型实

4、验的方法求取K值。,空气动力系数,即某一点上的压力与风的动压之比，可以是正压（K为正值）或负压（K为负值），其数值在01之间。,热压通风和风压通风的区别在哪里？ 如何有效利用热压和风压通风？,风对建筑的影响,以半穴居方式来防风的兰屿民居（中国台湾）,高耸屋顶的Toraja族民居只能出现于无台同地（印度尼西亚苏拉威西）,二.自然通风的组织,(1)建筑朝向、间距及建筑群的布局 A朝向与自然通风 B间距与自然通风,风向投射角对风速与流场的影响,风影长度主要受风向投射角和建筑物高度的影响。风向投射角对风影的影响见下表。,C建筑群的布局与自然通风,风吹向建筑后，必将在其背面产生涡流区，涡流区在地面上的投

5、影又称风影，如图618。在风影以内，风力弱，风向不稳定如果一幢房子位于其他建筑的风影以内，便难以借风压通风。因此，在建筑群布局时也需考虑风影长度的影响：如图618b将行列式布置改为错列式布置，便是减少挡风的措施之一。,C建筑群的布局与自然通风,建筑群布置 (a)行列式 (b)周边式 (C)自由式,在建筑群中，当不同建筑高度的房屋穿插排列时，则对低层建筑物的通风状况非常不利，而对高层建筑的通风状况影响不大。 当高低层建筑物分开排列时， 若低层建筑处于高层建筑之前，那么靠近高层建筑物的那排建筑物会出现风的逆流现象； 若低层建筑处于高层建筑之后，则高层建筑之后的第一排低层建筑的通风效果会非常差，因为

6、高层建筑与其后面第一排低层建筑的间距很难达到高层建筑的两倍层高(即D2H)：,高低建筑物穿插排列对通风的影响,对高层建筑，由于风速随建筑高度的增加而加大，高处的风受建筑阻挡，可在迎风面建筑高度的大约23以下部分形成风的涡流，并对周围低层建筑的风向有较大影响，甚至会形成垂直旋风，使附近烟囱倒流，如图621。同时，在建筑侧面和顶部会形成风的高速区，如高层楼下面为开敞式，也会形成高速风通道。在考虑周围环境时，应加以注意。,建筑物的高度、长度和深度对自然通风有很大影响。,图1.4-20建筑物长度与旋涡区关系,不同几何体形的建筑物在不同风向下背风面的旋涡区,(2)建筑的平面布置与剖面设计,1)主要的使用

7、房间应布置在夏季迎风面，辅助用房可布置在背风面，并以建筑构造与辅助措施改善通风效果。 2)开口位置的布置应尽量使室内气流场的分布均匀，并力求风能吹过房间中的主要使用部位。 3)炎热期较长地区的开口面积宜大，以争取自然通风。夏热冬冷地区，门窗洞不宜过大，可以用调节开口的办法，调节气流速度和流量。 4)门、窗相对位置以贯通为最好，减少气流的迂回和阻力。纵向间隔墙在适当部位开设通风口或可以调节的通风构造。 5)利用天井、小厅、楼梯间等增加建筑物内部的开口面积，并利用这些开口引导气流，组织自然通风。,(3)房间的开口和通风构造措施,房间开口尺寸的大小，是如何影响风速及进风量的? 开口大，则气流场较大；

8、缩小开口面积，流速虽相对增加，但气流场缩小，如图14-23(a)、(b)所示。,据测定，当开口宽度为开间宽度的1/32/3、开口面积为地板面积的15%25%时，通风效率最佳。,进风口和出风口的面积比,当进风口与出风口面积不等时，室内平均气流速度只取决于较小的开口尺寸；至于较小的是进风口还是出风口，则差别不大。但两者的相对大小对室内最大气流速度和流场分布则有很大影响，多数情况下最大气流速度是随着出风口与进风口的比值而增加的，室内最大气流速度通常出现在接近进风口处。 图614为两种不同的进、出口面积比时室内流场的分布。图614a为进风口小、出风口大，二者比例为1：3，则风的流场不均匀，局部风速高达

9、室外平均风速的152，但室内大部分为较低风速。图614b为进风口大、出风口小，进风口：出风口3：1，室内最大风速67，平均风速42的情况。则风的流场较均匀，只有少部分较高。二者的平均风速则相差不大。,进、出风口面积比与室内流场,风的流场不均匀,风的流场均匀,窗口高度,如图615a，当进、排风口都在高处时，在人体高度上不能产生期望的风速；而如图615b、c用低进风口和低出风口，或用低进风口和高出风口，气流可以作用于人体活动范围便可起到通风散热作用；如用高进风口低出风口，如图615d，气流仍在高处，不能吹向人体的高度。由此看出，影响气流范围的主要是进风口的高度。,窗口高度对室内气流影响,开口部分入

10、口位置相同而出口位置不同时，室内气流速度亦有所变化，如图538所示 出口在上部时，其出、入口及房间内部的风速均相应地较出口在下部时减少一些。,在房间内纵墙的上、下部位做漏空隔断，或在纵墙上设置中轴旋转窗，可以调节室内气流，有利于房间较低部位的通风(图539)。上述情况说明，要使室内通风满足使用要求，必须结合房间使用情况布置开口位置。,开口的平面位置,一般来说，进风口面积越大，空气流动范围越均匀；但如开口与出口相距太近，就使气流导向一侧室内其他地区会产生涡流现象，如下图b、d，对通风不利。,不同的开窗位置对风流场影响,利用建筑手法组织通风,当室内进气口位置不能正对夏季主导风向时，如何导风入室?

11、可以利用建筑手法，如设置挡风板或导流板，利用建筑平面的凹凸，或利用绿篱等 如图617，以组织气流，调节室内通风。其中图a利用挡风板组织正负压，图b利用建筑和附加导流板。图c利用绿化。,开窗位置与室内通风以Robert H.Reed实验结果为例,图4.16为风吹到一面密闭墙面的状况，图中的深色区域为迎风墙面的正压区，气流在两侧墙角处与墙体剥离，然后再流到建筑物的后面。经过反压点后，气流又恢复到原来的气流状态，并且在房屋后面、反压点之内的范围内形成负压区。,图4.17为风吹到一面中央设窗的墙体时的状况，这时原有的正压区一分为二。但是房间无出气口，所以室内的空气很快达到饱和，随后恢复到原有的正压状态

12、。因没有出气洞口，房间内并没有明显的通风行为只有在外部风压发生变换时，为平衡气压，室内的空气才会发生换气行为。,如果在下侧墙开窗，则通风行为随即产生，如图4.18所示。 这时，若将进气窗上移，那么因为迎风墙的两部分气压不等，下半部墙的部分气流正压较上部大，会把气流挤向室内的右上角，最终的结果是气流的路径比图4.18所示的要长。由此可以看出后者的通风效率高于前者。,在此基础上，倘若在进气窗的下侧加设挡风板(或者垂直遮阳板)，则下侧的正压气流不会对引入气流造成挤压，只剩下迎风墙上部的正压气流，其结果是入侵气流从进气窗处直接流向出气窗(如图4.20所示)，这种情况的通风路径最短，通风效果当然也是最差

13、的。,通过上面的通风结果可以发现，正压区气流挤压状况由迎风面墙体进气窗两侧实墙的大小决定，而与出气窗无关。 这种状况在立面上也一样(如图4.21所示)。 当在剖面上开窗偏低时，气流受上面实墙气流正压力的挤压，迫使进入室内的气流偏下吹入，一直流至室内后墙，再沿着后墙上升，通过出气窗流到室外；,而在图4.22中的状况与之恰恰相反 入气窗的位置相对外墙而言偏高，致使下侧墙面的正压气流将进入室内的气流向上方挤压，迫使气流向上流入至天花板，并沿着天花板流到出气窗而后流出到室外。,图4.23的情况则如图4.21，这也再次说明气流路径的偏向与出气口无关，而是由迎风面墙体进气洞口的位置决定。,如果如图4.24

14、、图4.25、图4.26所示在窗前加设水平遮阳板，窗上侧的气流压力因为遮阳板隔断而不会作用于入室的气流上，气流仅发生窗下侧的挤压作用，这样入室气流也是向上吹至天花。并沿天花到达后墙，再通过窗流到室外，这种通风情况因为气流没有流经作业区域，对人体没有帮助，应该予以避免 。,在窗前加设水平遮阳板，气流仅发生窗下侧的挤压作用，这样入室气流也是向上吹至天花。并沿天花到达后墙，再通过窗流到室外。 这种通风情况因为气流没有流经作业区域，对人体没有帮助，应该予以避免 。,有两种方法可以加以避免： 一是如图4.28所示，用挑檐代替遮阳板，来确保上部的挤压力大于下部的 。 二是将遮阳板与建筑物脱开一定的距离(如

15、图4.27所示)。这样窗上部分的正压气流就不会被隔断。从而可以有效地作用进入室内的气流上。 如上所述，开窗的相对位置，无论是平面位置，还是剖面位置，都会直接影响气流路线。 图4.28、图4.29表示多种建筑物开口位置对室内气流影响的示意图。这就要求建筑师在建筑设计的时候应该依照对室内气流场的要求调整开口位置，以取得良好的通风效果。,用挑檐代替遮阳板，来确保上部的挤压力大于下部的,将遮阳板与建筑物脱开一定的距离(如图所示)。这样窗上部分的正压气流就不会被隔断。从而可以有效地作用进入室内的气流上。,图4.28、图4.29表示多种建筑物开口位置对室内气流影响的示意图。这就要求建筑师在建筑设计的时候应

16、该依照对室内气流场的要求调整开口位置，以取得良好的通风效果。,建筑构件对室内通风的影响,门窗装置的方式对室内通风的影响,风速与人体舒适度,风速的等级称之为风级，气象分析上均是用Beaufort风力等级表示的(如表4.1)一般气象统计取3个数据：平均风速；平均最大风速；极端最大风速：在自然通风设计中以平均风速作为设计参考值。极端最大风速大多应用在力学分析上；,自然风的流动一般没有规律。因此可以使人产生新鲜感。人只有达到一定的风速，才会产生爽快感，人体对最低风速的感知有差异，一般约为0.5m/s。 Baetjer曾在1518范围内测定人体感知风速的最低值为0.2m/s；在12 时，人体感知风速的最

17、低值为0.15m/s；在30 时，人体感知风速的最低值为0.6m/s。从这些数据中可以看出，环境温度愈高，人体的有感风速就越高。 在冬季，入侵室内的风速超过0. 20.25m/s以上时，人体就会感觉不舒服。,在室内进行一般作业时，理想的风速宜限制在1.0m/s以内，而以0.8m/s为最佳，因为风速处于0.8m/s时。风不会扰乱纸面作业；当风速超过1.5m/s时，气流则会干扰到纸面作业，这时必须限制风量，控制风经过的路径；向时，当风速超过1.5m/s时风压较大，人体有风击的感觉，会造成不舒适感。,风速对人体作业的影响,植物与风,植物的形态大致分为草皮、灌木、常绿树、爬藤等四类。在建筑环境设计和造

18、园计划中他们是常用的植栽元素，不同的植物形态对通风的影响也各不相同(如图413),1)草皮,草皮的主要功能在于吸收太阳的辐射热，再利用太阳的辐射热进行草皮叶面的蒸发作用，通过此双重作用来降低地表的温度。如果建筑物周围广植草皮，并且配合建筑物的低窗，就可以获得凉爽的气流；如果建筑物的周围是混凝土路面或者是柏油路面，则从里面吹到室内的气流比一般的空气温度还要高，应该尽量避免这种状况的出现。,2)灌木丛,在建筑四周和造园当中，常常使用灌木丛。但是没有合理配置的灌木丛往往对通风十分不利，紧靠建筑物的密集灌木丛只会增加空气的温度和湿度，并且由它的高度刚好能阻挡住室外的凉风进入室内，严重影响夏季的通风。因此应该合理配置建筑物周围的灌木丛，灌木丛最好离开建筑外墙4m 左右，处于这种位置的灌木丛不但不会影响到通风，而且离窗4m左右的灌木对进入室内的风还会有下压作用。,3)常绿树,常绿树因为其茂密的树叶，能够遮挡住大部分的阳光辐射，提供阴凉的树下空间，当空气流动到树下时，气流的温度得以下降，同时也可以获得良好的通风效果。但是进行栽植时，要注意植物的行距，以免形成密集的树林，这样的树林反而会严重阻滞空气的流动，对通风不利。,4)爬藤,爬藤植物可以形成棚架，具有树阴的效果，也可以爬附在墙面上，防止外墙接收太阳的辐射热：如果要在建